在虛擬環(huán)境中月球車智能導(dǎo)航研究.pdf

1、隨著我國(guó)空間技術(shù)的不斷發(fā)展，登月探測(cè)已經(jīng)列入了我國(guó)近期的宇航計(jì)劃中，月球車作為登月探測(cè)的先行者，對(duì)它的研究已經(jīng)得到了國(guó)家重點(diǎn)科研項(xiàng)目支持。為了能夠在復(fù)雜月面環(huán)境下完成各種任務(wù)，月球車必須具有自主導(dǎo)航能力。本文對(duì)虛擬環(huán)境中月球車智能導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行了深入系統(tǒng)的研究，提出了一些新的思想和方法。
　　主要包括如下幾個(gè)方面：
　　環(huán)境建模是月球車導(dǎo)航的關(guān)鍵問題，它是進(jìn)行月球車路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)。然而，隨著建模技術(shù)的快速發(fā)展，環(huán)境模型通常含有

2、巨大的數(shù)據(jù)量，這給環(huán)境模型的儲(chǔ)存、繪制與傳輸帶來(lái)了極大的不便，也對(duì)月球車自主導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性提出了極大的挑戰(zhàn)。因此，建立環(huán)境模型時(shí)必須對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化。基于上述考慮，本文提出了基于三角網(wǎng)格模型的地形生成算法，該算法利用邊折疊法進(jìn)行簡(jiǎn)化，采用數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，避免了在內(nèi)存緩沖器中存儲(chǔ)所有輸入網(wǎng)格模型的邊界三角形，降低了內(nèi)存消耗，提高了月球車自主導(dǎo)航的實(shí)時(shí)性。仿真結(jié)果證明了該算法的可行性和有效性。
　　路徑規(guī)劃是月球車導(dǎo)航的核心任務(wù)，然而，復(fù)

3、雜的月面環(huán)境下月球車的路徑規(guī)劃問題在已有的工作中卻鮮有這方面的研究成果，因此，本文提出了一種基于遺傳算法的月球車智能路徑規(guī)劃算法，該算法對(duì)傳統(tǒng)遺傳算法進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于知識(shí)的自適應(yīng)遺傳算法，通過把領(lǐng)域知識(shí)并入初始種群及自適應(yīng)調(diào)整控制參數(shù)，克服了傳統(tǒng)遺傳算法的早熟收斂問題，提高了遺傳算法的效率；采用三角網(wǎng)格建立虛擬的月表地形環(huán)境模型，降低了內(nèi)存消耗；同時(shí)，綜合考慮月面地形的可通行性、系統(tǒng)的不確定性、人的輔助性和運(yùn)動(dòng)的平滑性等問題，

4、設(shè)計(jì)路徑代價(jià)函數(shù)，保證了路徑規(guī)劃的安全性。仿真結(jié)果驗(yàn)證了算法的有效性和實(shí)用性。
　　軌跡跟蹤控制是月球車運(yùn)動(dòng)控制的一個(gè)重要問題。軌跡跟蹤控制的第一步就是求解月球車動(dòng)力學(xué)方程，然而，目前月球車動(dòng)力學(xué)方程還僅限于用有限差分法進(jìn)行數(shù)值求解，這會(huì)引起優(yōu)化收斂不恰當(dāng)?shù)膯栴}。因此，本文提出了基于再生核理論的月球車軌跡跟蹤控制算法。該算法通過再生核的引入，在通常條件下給出了微分方程組解的解析表達(dá)式，保證了月球車動(dòng)力學(xué)方程的求解精度，從而提高了月